淺析灌漿技術(shù)在舊水泥路面瀝青罩面中的應(yīng)用
摘要：結(jié)合104國(guó)道舊水泥路面瀝青罩面改造工程，對(duì)瀝青罩面層產(chǎn)生反射裂縫的機(jī)理和在瀝青罩面改造工程中灌漿加固應(yīng)用情況進(jìn)行了詳細(xì)的分析和介紹，并從經(jīng)濟(jì)的角度評(píng)價(jià)了舊水泥路面通過灌漿加固后進(jìn)行瀝青罩面改造的可行性。
關(guān)鍵詞：灌漿加固,舊水泥路面,防治,瀝青罩面層,反射裂縫
水泥混凝土路面由于它具有強(qiáng)度高、剛度大、受溫度影響小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在上世紀(jì)八十年代我國(guó)中小城市路網(wǎng)和公路路網(wǎng)建設(shè)中占有很大比重。進(jìn)入2l世紀(jì)以來(lái)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市建設(shè)品位的提高，很多水泥路面需要改造，如何合理和經(jīng)濟(jì)地改造路況較好、線型又符合城市規(guī)劃的舊水泥路面擺在了每一位城市建設(shè)者面前，而在舊水泥路面上加鋪瀝青層有著施工方便、對(duì)交通影響小、開放交通快的優(yōu)點(diǎn)，成了大家的首選方案，但由于舊水泥路面中接縫、裂縫的存在，往往瀝青層加鋪不久，在接縫和裂縫處就出現(xiàn)了很多反射裂縫，這些反射裂縫在自然環(huán)境和車輛荷載的反復(fù)作用下，逐漸加寬，嚴(yán)重影響了路面的使用壽命，因此，在舊水泥路面上加鋪瀝青層的改造方案在業(yè)界還存在不少爭(zhēng)論。筆者結(jié)合104國(guó)道瀝青加鋪改造工程的建設(shè)，將工程情況和灌漿加固情況介紹如下。
一、工程情況
104國(guó)道改造工程位于紹興老城區(qū)西面，全長(zhǎng)1656米，老路建于1997年，機(jī)動(dòng)車道寬16.OOm，板厚240MM，是紹興老城區(qū)連接中國(guó)輕紡城柯橋的主要通道。近年來(lái)，隨著城區(qū)面積的擴(kuò)大，這段國(guó)道已逐漸變成城市道路，原來(lái)的路幅和路面結(jié)構(gòu)已不能適應(yīng)城市的發(fā)展，需拓寬改造�？紤]該水泥路面建成時(shí)間短、水泥路面路況較好，今后經(jīng)過該路段的超重車輛又不多的情況，逐決定利用舊水泥路面，采用先對(duì)脫空板塊進(jìn)行灌漿加固再鋪瀝青層的改造方案，罩面瀝青層厚11cm，改造后機(jī)動(dòng)車道為雙向六車道，寬為24.OOm。工程自2003年4月開工，于2003年10月完工，到目前已完工通車二年多了，整條路除在原紹興漓諸鐵路兩側(cè)高填方路段(樁號(hào)為0K+900～1K+110)發(fā)現(xiàn)5處橫向裂縫和該地段東半幅新舊路拼寬接縫處出現(xiàn)縱向裂縫外，其余地段沒有發(fā)現(xiàn)一條裂縫。
二、瀝青罩面層反射裂縫形成機(jī)理
從加鋪層反射裂縫的擴(kuò)展模式看，主要有二種，一是溫度應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的張開模式，二是行車荷載對(duì)應(yīng)的剪切模式。具體形成機(jī)理如下：
1.行車荷載的作用
按照車輛荷載作用在接縫處位置不同，分二種情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)層的受力分析(為分析的方便，我們通稱水泥路面中的縱向縫、橫向縫、裂縫為接縫)：
(1)車輛荷載通過瀝青加鋪層作用在水泥砼路面接縫一側(cè)位置。此時(shí)，由于接縫的影響，作用在接縫一側(cè)板塊上的力不能像非接縫處一樣能將力完全傳遞給接縫另一側(cè)的相鄰板塊，這樣，在接縫兩側(cè)的相鄰板塊所受的力出現(xiàn)了差異，導(dǎo)致在力作用的瞬間，接縫兩側(cè)將出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)。如對(duì)于沒有加鋪層的普通水泥路面而言，出現(xiàn)這樣的錯(cuò)臺(tái)，除了在高速行車時(shí)略感不舒適外，對(duì)路面結(jié)構(gòu)并不產(chǎn)生大的不利影響，但對(duì)水泥路面加鋪瀝青層結(jié)構(gòu)而言，卻可使路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大的不利影響，主要是因下層水泥路面出現(xiàn)的錯(cuò)臺(tái)，導(dǎo)致瀝青加鋪層在接縫處處于擠壓剪切狀態(tài)，要承受較大的擠壓剪切力。當(dāng)這擠壓剪切應(yīng)力于瀝青砼的抗剪強(qiáng)度時(shí)，瀝青加鋪層就開裂，產(chǎn)生皮射裂縫;
(2)當(dāng)行車荷載通過瀝青加鋪層作用于水泥路面接縫正上方位置。此時(shí)，接縫兩側(cè)的相鄰板塊所受的力基本上是相等的，兩側(cè)板塊的板端也將產(chǎn)生基本一致的豎向位移，導(dǎo)致產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)。但如果當(dāng)接縫處舊水泥路面下的地基基礎(chǔ)較差時(shí)，接縫處相鄰水泥路面板塊將產(chǎn)生較大彎沉，可使接縫上的瀝青加鋪層失去下層結(jié)構(gòu)的支撐，產(chǎn)生“脫空”，這“脫空”使瀝青加鋪在接縫處產(chǎn)生了較大彎曲變形，導(dǎo)致加鋪層底將承受比非接縫處大得多的彎拉應(yīng)力。若此彎位應(yīng)力超過瀝青砼的抗彎拉強(qiáng)度時(shí)，同樣也可使瀝青加鋪層底開裂、擴(kuò)展，產(chǎn)生反射裂縫。
2、溫度應(yīng)力的作用
眾所周知，瀝青材料在較高溫度條件下，具有良好的應(yīng)力松馳性能，溫度升降產(chǎn)生的變形不致于產(chǎn)生過大的溫度應(yīng)力，但當(dāng)氣溫大幅度下降時(shí)，瀝青材料存在冷脆現(xiàn)象。故在寒冷的冬季，瀝青砼和水泥砼作為兩種不同的材料，其收縮和膨脹系數(shù)不一，存在裂縫的舊板塊的位移使得直接在裂縫上的面層內(nèi)產(chǎn)生大的拉應(yīng)力或拉應(yīng)變，而這時(shí)瀝青面層出現(xiàn)了冷脆現(xiàn)象，它只能承受小的拉應(yīng)力或拉應(yīng)變，因此，容易被拉裂，并且裂縫的擴(kuò)展途徑是由下至上的。瀝青面層的厚度愈薄，反射裂縫形成的愈早和愈多。
通常認(rèn)為，溫度應(yīng)力引起的反射裂縫可通過適當(dāng)增加罩面層的厚度和增設(shè)土工布過渡層來(lái)控制，同時(shí)溫度應(yīng)力引起的反射裂縫在新修的瀝青路面中也是普遍存在的，故在舊水泥路面瀝青罩面改造工程中重點(diǎn)是防治行車荷載對(duì)應(yīng)的反射裂縫。
三、灌漿加固情況
1、灌漿加固機(jī)理
針對(duì)舊水泥路面出現(xiàn)的唧泥、脫空和基層承載力下降的情況，通過彎沉檢測(cè)，確定板塊脫空的位置，并對(duì)相應(yīng)板塊布設(shè)2-5個(gè)灌漿孔，通過注漿機(jī)械施加一定壓力，將漿液均勻注入板底空隙、板下基(墊)層中，以充填、滲透、擠密等方式，趕走板底、基層裂隙中的積水、空氣后占據(jù)其位置，經(jīng)人工控制一段時(shí)間后，漿液將原來(lái)的松散顆�；蛄严赌z結(jié)為整體，形成一個(gè)良好的“結(jié)石體”，達(dá)到加固基礎(chǔ)、提高基層的承載力，減小對(duì)應(yīng)部位瀝青罩面層在荷載作用下的豎向位移，防治罩面層剪切型反射裂縫的目的。
2、采用板下灌漿加固板塊的確定
采用板下灌漿加固主要是針對(duì)脫空板，而碎裂、錯(cuò)臺(tái)嚴(yán)重的板塊在罩面前需挖除作補(bǔ)丁處理。脫空板一般可采用人工觀察法、彎沉測(cè)定法等方法來(lái)確定，人工觀察法是通過肉眼觀察接縫、裂縫、唧泥等情況初步判定脫空，當(dāng)重車行過，能感到砼板有豎直位移時(shí)，或下雨之后，有明顯唧泥現(xiàn)象的板塊，認(rèn)為是脫空;這種方法的缺點(diǎn)是主觀性強(qiáng)，即便是經(jīng)驗(yàn)的工程師也不能避免錯(cuò)判、漏判。彎沉測(cè)定法是測(cè)試板角彎沉，如果超過某一限值，即認(rèn)為存在脫空，我國(guó)交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路水泥砼路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTJ073.1—2001)(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)中也明確規(guī)定水泥砼面板脫空位置的確定可采用彎沉測(cè)定法。
在104國(guó)道紹興市區(qū)西大門改造工程中，主要采用彎沉指標(biāo)來(lái)確定脫空板。首先由技術(shù)人員對(duì)所有舊板進(jìn)行初步檢查、編號(hào)，發(fā)現(xiàn)碎裂、錯(cuò)臺(tái)嚴(yán)重的直接作挖除處理，其余再采用彎沉指標(biāo)作進(jìn)一步檢查，測(cè)點(diǎn)宜選取橫縫及縱縫附近的位置。彎沉檢測(cè)采用兩臺(tái)5.4m長(zhǎng)桿彎沉儀及BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載測(cè)定車，檢測(cè)點(diǎn)分主點(diǎn)、副點(diǎn)，主點(diǎn)位于板橫縫前10cm，加卸載，副點(diǎn)在橫縫后10cm，無(wú)荷載。將一臺(tái)彎沉儀置于主點(diǎn)，即測(cè)定車的輪隙中間，另一臺(tái)彎沉儀置于副點(diǎn)處，分別測(cè)定主、副點(diǎn)彎沉，右輪處于縱縫30cm左右。根據(jù)我國(guó)公路修建狀況和檢測(cè)儀器的實(shí)際情況，有關(guān)專家推薦凡彎沉值超過0.2mm的，應(yīng)確定為面板脫空。在本路段，采用雙指標(biāo)控制，即主點(diǎn)彎沉大于0.2mm或差異彎沉大于O.06mm的，均認(rèn)為板底可能出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。
3、漿液材料
常用的水泥漿材料包括：水泥、粉煤灰、水、外加劑等。漿體抗壓強(qiáng)度應(yīng)在5Mpa以上，同時(shí)應(yīng)具有良好的可泵性、和易性、保水性，漿體過稠不能均勻布滿板底空隙，漿體過稀，干縮性大。 在施工中，筆者認(rèn)為為防止?jié){體的干縮，漿液中宜摻加一定量膨脹劑;另外，流動(dòng)度是影響可灌性的主要因素，一般流動(dòng)度越高，可灌性就越好，但由于在現(xiàn)行規(guī)范中未對(duì)此做明確規(guī)定，參照預(yù)制梁板壓漿施工經(jīng)驗(yàn)，采用水泥漿稠度試驗(yàn)漏斗(體積1725ml±5m1)，以漿體自由全部流完的時(shí)間作為流動(dòng)度來(lái)控制(詳見《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTJ041-2000附錄G-11)。在灌漿前先進(jìn)行了配比試驗(yàn)，得出了在標(biāo)準(zhǔn)條件下，不同水灰比、不同材料配比之間的流動(dòng)度結(jié)果及試件強(qiáng)度，筆者認(rèn)為漿體流動(dòng)度不宜過小，控制在20s左右較好，否則會(huì)產(chǎn)生泌水現(xiàn)象。
4、灌漿技術(shù)的實(shí)施
孔位布設(shè)根據(jù)砼面板尺寸、裂縫狀況以及灌漿機(jī)械等確定，一般呈對(duì)角線布置2-5孔。灌漿順序從沉降量大的地方開始，由近到遠(yuǎn)，由大到小。灌漿壓力的控制應(yīng)視砼板的損壞及脫空情況具體確定，一般當(dāng)漿液從接縫處或另一注漿孔冒出，就可認(rèn)為完成該孔注漿，即停止注漿，迅速移至另一注孔繼續(xù)作業(yè)。壓力一般控制在1Mpa-4Mpa之間，并停留3min-5min，效果較好。
5、灌漿效果評(píng)定
灌漿后，應(yīng)在7d齡期后，再次測(cè)量主點(diǎn)彎沉值和副點(diǎn)彎沉值。當(dāng)主點(diǎn)或差異彎沉值均低于設(shè)計(jì)控制值時(shí)，可認(rèn)為灌漿效果已經(jīng)達(dá)到。從檢測(cè)資料可看出，主點(diǎn)和差異彎沉值均低于0.2mm和0.06mm的控制值，原砼面板通過灌漿提高了板底承載力。
四、經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)
灌漿處治舊水泥砼路面并進(jìn)行瀝青罩面的改造方案與以往“換板”新修瀝青路面的改造方案相比最大的優(yōu)點(diǎn)就是利用原路面板，其直接成本隨板塊脫空情況的不同而不同，一般介于30-50元/m2左右，“換板”新修瀝青路面每平方米成本一般需150元左右，與后者相比，前者的直接成本明顯低。灌漿處治舊水泥砼路面并進(jìn)行瀝青罩面的改造方案，可以說(shuō)具有成本低、見效快、操作簡(jiǎn)便、對(duì)車輛行駛影響小、受自然因素影響小等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也符合目前全社會(huì)提倡的建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的要求。
五、結(jié)語(yǔ)
l、通過104國(guó)道紹興市區(qū)西大門舊水泥路面瀝青罩面改造工程，可以看出舊水泥路面通過灌漿加固達(dá)到了防治瀝青罩面層反射裂縫的目的，灌漿技術(shù)在舊水泥路面瀝青罩面改造中應(yīng)用在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都是可行的。
2、在高填方地段，針對(duì)新舊路面拼接處易出現(xiàn)裂縫的情況，擬重點(diǎn)抓好拓寬路基的填筑質(zhì)量，必要日輛拓寬路基進(jìn)行軟基處理，以減小新老路基的沉降差，防治拼接處的裂縫。
3、軟基上的高填方地段，由于軟弱層的壓縮變形，路基永遠(yuǎn)是不穩(wěn)定的，該地段瀝青罩面層容易發(fā)生反射裂縫，如何防治有待進(jìn)一步研究。
參考文獻(xiàn)
[1] GB50092-96《瀝青混凝土路面施工驗(yàn)收規(guī)范》.
[2] JTJ041-2000《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》.
